SiC陶瓷表面处理工艺对SiC-AFRP界面粘接性能的影响

doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.12.006

摘要
图/表
参考文献
相关文章
Metrics

全文: PDF(3325 KB)

HTML ( 16 )
输出: BibTeX | EndNote (RIS)

摘要

为提高SiC陶瓷-芳纶纤维增强树脂基复合材料(SiC-AFRP)的界面粘接性能,研究了陶瓷腐蚀工艺、偶联剂处理工艺、粘接剂种类对SiC-AFRP界面剥离强度的影响。结果表明:SiC陶瓷表面腐蚀工艺和偶联剂处理工艺能有效提高SiC-AFRP界面粘接性能。陶瓷经K₃Fe(CN)₆与KOH混合腐蚀液浸泡2h,使用乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂偶联化处理后,SiC-AFRP的界面剥离强度由0.45kN/m提高至2.20kN/m;VA含量15%(质量分数)的EVA热熔胶膜是理想的界面胶黏剂。

	服务

	把本文推荐给朋友
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	RSS
	作者相关文章
	魏汝斌
	李锋
	梁勇芳
	翟文
	张文婷
	陈青香

关键词 ：表面处理, SiC-AFRP, 粘接性能, 腐蚀

Abstract：

To improve the interfacial bonding properties of SiC-aramid fiber reinforced polymer matrix composites (SiC-AFRP), the influences of etching process of SiC ceramic, coupling treatment process, and the adhesives types on the interfacial peel strength of SiC-AFRP were studied. The results show that the surface etching process and coupling treatment process of silicon carbide ceramic can effectively enhance interfacial bonding property of the SiC-AFRP. After soaked the ceramic in K₃Fe(CN)₆ and KOH mixed etching solution for 2 hours, and coupled with vinyl triethoxy silane coupling agent, the interfacial peel strength of the SiC-AFRP significantly increases from 0.45kN/m to 2.20kN/m. EVA hot melt film with mass fraction of 15%VA is ideal for interface adhesive.

Key words： surface treatment SiC-AFRP bonding property corrosion

收稿日期: 2015-05-27 出版日期: 2016-12-16

基金资助:国家重点研发计划资助项目(2016YFC0800300)

通讯作者: 翟文 E-mail: 18653127753@163.com

作者简介: 翟文(1966-),男,研究员,硕士,研究方向:高效抗冲击复合材料与功能防护材料,联系地址:山东省济南市天桥区田家庄东路3号山东非金属材料研究所(250031),E-mail:18653127753@163.com

引用本文:

魏汝斌, 李锋, 梁勇芳, 翟文, 张文婷, 陈青香. SiC陶瓷表面处理工艺对SiC-AFRP界面粘接性能的影响[J]. 材料工程, 2016, 44(12): 35-40.
Ru-bin WEI, Feng LI, Yong-fang LIANG, Wen ZHAI, Wen-ting ZHANG, Qing-xiang CHEN. Effects of Surface Treatment Processes of SiC Ceramic on Interfacial Bonding Property of SiC-AFRP. Journal of Materials Engineering, 2016, 44(12): 35-40.

链接本文:

http://jme.biam.ac.cn/CN/10.11868/j.issn.1001-4381.2016.12.006 或 http://jme.biam.ac.cn/CN/Y2016/V44/I12/35

Fig.1 剥离实验示意图

Fig.2 不同腐蚀液处理后SiC-AFRP的界面剥离强度

Fig.3 SiC-AFRP界面剥离强度随腐蚀液浓度的变化

Fig.4 SiC-AFRP界面剥离强度随腐蚀时间的变化

Fig.5 SiC陶瓷的表面粗糙度随腐蚀时间的变化

Fig.6 不同胶黏剂制备的SiC-AFRP界面剥离强度

Fig.7 不同硅烷偶联剂处理后SiC-AFRP界面剥离强度

Fig.8 腐蚀处理前后、偶联化处理后SiC陶瓷表面形貌
(a)腐蚀处理前；(b)腐蚀处理后；(c)偶联化处理后

Fig.9 硅烷偶联剂与SiC陶瓷表面基团作用机理示意图

Fig.10 EVA树脂与乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂共聚反应式

1	TALIB A R A, ABBUD L H, ALI A, et al Ballistic impact performance of Kevlar-29 and Al2O3, powder/epoxy targets under high velocity impact[J]. Materials & Design, 2012, 35, 12- 19.
2	CHEESEMAN B A, BOGETTI T A Ballistic impact into fabric and compliant composite laminates[J]. Composite Structures, 2003, 61 (1-2): 161- 173. doi: 10.1016/S0263-8223(03)00029-1
3	YAHAYA R, SAPUAN S M, JAWAID M, et al Quasi-static penetration and ballistic properties of kenaf-aramid hybrid composites[J]. Materials and Design, 2014, 63 (2): 775- 782.
4	王恒武, 王继辉, 朱京杨, 等纤维增强树脂基复合材料界面粘结强度测试方法探讨[J]. 玻璃钢/复合材料, 2003, (3): 42- 45.
4	WANG H W, WANG J H, ZHU J Y, et al Discussion on measurement methods of interfacial adhesion strength of fiber reinforced polymer composites[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composites, 2003, (3): 42- 45.
5	魏汝斌, 李锋, 梁勇芳, 等碳化硅抗弹陶瓷的研究进展及在装甲防护领域的应用[J]. 兵器材料科学与工程, 2014, (6): 145- 148.
5	WEI R B, LI F, LIANG Y F, et al Research progress in bulletproof SiC ceramic and its applications in armor protection field[J]. Ordnance Material Science and Engineering, 2014, (6): 145- 148.
6	UEHARA K, SAKURAI M Bonding strength of adhesives and surface roughness of joined parts[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2002, 127 (2): 178- 181. doi: 10.1016/S0924-0136(02)00122-X
7	李慧, 张鹏, 程永奇, 等金属表面预处理对金属/聚合物界面粘结强度的影响[J]. 玻璃钢/复合材料, 2013, (4): 51- 54.
7	LI H, ZHANG P, CHENG Y Q, et al Research effects of metal pretreatment on the bonding strength of metal/polymer interface[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composites, 2013, (4): 51- 54.
8	HERRMANN M, SEMPF K, WENDROCK H, et al Electrochemical corrosion of silicon carbide ceramics in sodium hydroxide[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2014, 34 (7): 1687- 1693. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2013.12.043
9	TAKAHASHI M, KONDO M Corrosion resistance of ceramics SiC and Si3N4 in flowing lead-bismuth eutectic[J]. Progress in Nuclear Energy, 2011, 53 (7): 1061- 1065. doi: 10.1016/j.pnucene.2011.04.023
10	CHARPENTIER L, BALAT-PICHELIN M, AUDUBERT F High temperature oxidation of SiC under helium with low-pressure oxygen-part 1: sintered α-SiC[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2010, 30 (12): 2653- 2660. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2010.04.025
11	胡萍, 姜明, 黄畴, 等硅烷偶联剂的界面性能研究[J]. 表面技术, 2004, 33 (5): 19- 21.
11	HU P, JIANG M, HUANG C, et al Research on interface property of silicon coupling agent[J]. Surface Technology, 2004, 33 (5): 19- 21.
12	张明宗, 管从胜, 王威强有机硅烷偶联剂在金属表面预处理中的应用[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2001, 13 (2): 96- 100.
12	ZHANG M Z, GUAN C S, WANG W Q Application of silane coupling agents in pretreatment of metal surface[J]. Corrosion Science and Protection Technology, 2001, 13 (2): 96- 100.
13	WEI B G, CHANG Q, BAO C, et al Surface modification of filter medium particles with silane coupling agent KH550[J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2013, 434 (19): 276- 280.
14	袁桂素, 张正根 EVA树脂性能及用途[J]. 粘接, 1993, (5): 17- 23.
14	YUAN G S, ZHANG Z G Properties and use of the EVA resin[J]. Adhesion in China, 1993, (5): 17- 23.
15	樊东黎金相腐蚀剂介绍[J]. 金属热处理, 2008, 33 (2): 110- 111.
15	FAN D L Metallographic etchant introduction[J]. Heat Treatment of Metals, 2008, 33 (2): 110- 111.
16	杜慧翔, 黄活阳, 王文鹏, 等硅烷偶联剂的偶联作用机理及其在密封胶中的应用[J]. 化学与黏合, 2013, 35 (2): 63- 65.
16	DU H X, HUANG H Y, WANG W P, et al Coupling mechanism of silane coupling agent and its application in sealant[J]. Chemistry and Adhesion, 2013, 35 (2): 63- 65.
17	ARKLES B Tailoring surfaces with silanes[J]. Chem Tech, 1977, 7 (12): 766- 769.

[1]	赵晋斌, 王潘俊, 陈云翔, 程学群, 李晓刚. 新型Cu-Cr-Ni系耐海水腐蚀钢耐蚀性能及机理[J]. 材料工程, 2023, 51(1): 104-112.
[2]	刘海定, 陈登华, 何曲波, 郭非, 王东哲, 麻彦龙. 高温熔融玻璃介质中耐热不锈钢腐蚀行为[J]. 材料工程, 2022, 50(9): 150-158.
[3]	刘雄飞, 杜文博, 付军健, 王云峰, 李淑波, 朱训明, 王朝辉. Gd对Mg-xGd-1Er-1Zn-0.6Zr合金显微组织和腐蚀行为的影响[J]. 材料工程, 2022, 50(9): 159-168.
[4]	林方成, 程鹏明, 张鹏, 刘刚, 孙军. Al-Zn-Mg系铝合金的微合金化研究进展[J]. 材料工程, 2022, 50(8): 34-44.
[5]	夏先朝, 冯学磊, 孙京丽, 聂敬敬, 庞松, 袁勇, 董泽华. 镁合金超疏水环氧复合涂层的制备与性能[J]. 材料工程, 2022, 50(8): 124-132.
[6]	王付胜, 孔繁淇, 王文平, 陈亚军. 航空铝合金原位腐蚀疲劳性能及断裂机理[J]. 材料工程, 2022, 50(6): 149-156.
[7]	杨啸峰, 徐雅欣, 黄锦阳, 党莹樱, 鲁金涛, 李文亚. 火电机组锅炉受热面合金烟气腐蚀与应力协同作用失效行为研究进展[J]. 材料工程, 2022, 50(5): 100-111.
[8]	张昊, 吴昊, 唐啸天, 罗涛, 邓人钦. 微量W元素的添加对CoCrFeNiMnAl高熵合金的组织与性能的影响[J]. 材料工程, 2022, 50(3): 50-59.
[9]	许良, 涂宜鸣, 崔浩, 周松. 海水环境下老化周期对T800碳纤维/环氧树脂复合材料的影响[J]. 材料工程, 2022, 50(12): 89-94.
[10]	卢阳阳, 缪斌, 武计强, 孙斐, 汪丹丹, 胡静. 45钢离子氮碳氧三元共渗与QPQ处理对比研究[J]. 材料工程, 2022, 50(12): 128-134.
[11]	高杰明, 黄晖, 石薇, 魏午, 文胜平, 韩颖, 聂祚仁. 退火处理对含铒Al-Mg-Zn合金组织和性能的影响[J]. 材料工程, 2022, 50(11): 101-108.
[12]	张鹏举, 陈静青, 杨霄. 16MnR钢激光冲击工艺及对焊接结构应力腐蚀性能的影响[J]. 材料工程, 2022, 50(11): 145-154.
[13]	宋宇航, 杨翔宁, 张泰峰, 张勇, 樊伟杰, 管宇. 7B04铝合金-CFRP300在模拟海洋大气环境下的电偶腐蚀行为[J]. 材料工程, 2022, 50(11): 155-164.
[14]	高朝卿, 王晨, 陈胤伯, 尚胜艳, 陈菲, 马海涛, 王云鹏. 自组装Cu₆Sn₅超疏水冶金结合界面的构筑及其在铜缓蚀中的应用[J]. 材料工程, 2021, 49(8): 120-126.
[15]	宋鹏, 姜祥伟, 吴俊杰, 卢玉章, 董加胜, 楼琅洪. DD421单晶高温合金在无SO_x气氛下的低温热腐蚀硫化行为[J]. 材料工程, 2021, 49(6): 109-115.

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed